Tipos de combustibles y estrategias de propulsión. Fuente: Future Transport Fuels
La Unión Europea (UE) ha adquirido el compromiso de descarbonizar el transporte en los próximos años. De hecho, éste es un tema central de la estrategia de la UE para 2020 y de la política común de transportes. En base a esto, la Comisión Europea de Transporte y Movilidad ha puesto en marcha una estrategia coherente a largo plazo, denominada Sistemas de Transporte Limpio (Clean Transport Systems: CTS) que trata de satisfacer plenamente la demanda de energía del sector del transporte de fuentes alternativas y sostenibles para el año 2050. El objetivo de éste CTS es presentar una estrategia coherente a finales del 2011 acerca de los combustibles alternativos a largo plazo y las posibles medidas que deberían ser tomadas a corto y medio plazo.
Además, acaba de ser presentado a la Comisión Europea un informe desarrollado por el grupo de expertos interesados en los combustibles para el transporte en el futuro. Este grupo de expertos ha empleado, por primera vez, un enfoque amplio en el que se abarca al conjunto del sector del transporte. El resultado general es que se espera que la demanda existente en los distintos medios de transporte sea satisfecha a través de una combinación de sistemas. Por un lado estará electricidad (baterías eléctricas o hidrógeno y pilas de combustible) y los biocombustibles como opción principal, los combustibles sintéticos (cada vez más provenientes de fuentes renovables) como una opción de puente, el metano (gas natural y el biometano) como un complemento del combustible, y el GLP (gas licuado del petróleo) como suplemento.
Además, acaba de ser presentado a la Comisión Europea un informe desarrollado por el grupo de expertos interesados en los combustibles para el transporte en el futuro. Este grupo de expertos ha empleado, por primera vez, un enfoque amplio en el que se abarca al conjunto del sector del transporte. El resultado general es que se espera que la demanda existente en los distintos medios de transporte sea satisfecha a través de una combinación de sistemas. Por un lado estará electricidad (baterías eléctricas o hidrógeno y pilas de combustible) y los biocombustibles como opción principal, los combustibles sintéticos (cada vez más provenientes de fuentes renovables) como una opción de puente, el metano (gas natural y el biometano) como un complemento del combustible, y el GLP (gas licuado del petróleo) como suplemento.
Objetivos de la UE
Como acabamos de ver, gracias a los sistemas de transporte limpio, la UE tiene el objetivo de que a largo plazo se pueda lograr que el transporte europeo reduzca drásticamente las emisiones de CO2 hasta llegar a una disminución del 80-95% de éstas en el año 2050. Esto implica que la demanda energética actual se vea satisfecha, en su práctica totalidad, por fuentes energéticas alternativas y sostenibles.
Este planteamiento político se basa en el hecho de que las previsiones actuales acerca de la viabilidad del petróleo (la principal fuente de energía para el transporte en general y el suministro de casi el 100% de los combustibles de transporte por carretera) como fuente energética, hablan de que las reservas existentes se verán agotadas alrededor del año 2050. De ahí que sea imprescindible para cualquier región buscar mecanismos de sustitución del petróleo.
A su vez, la protección del medio ambiente y el intento de minimizar las posibles consecuencias negativas del cambio climático, así como la seguridad del abastecimiento energético, obligan a las autoridades competentes en materia energética a potenciar la construcción de artefactos que generen energía limpia, renovable y sostenible, liberando así al transporte de la dependencia de los combustibles fósiles y reduciendo también las emisiones de CO2 en el horizonte temporal de 2050.
Combustibles futuros
Actualmente es difícil saber si los científicos lograrán desarrollar un combustible que sea la solución para cualquier tipo de transporte. En este sentido lo más cercano a este artefacto único son los biocombustibles líquidos y los combustibles sintéticos. No obstante, la sostenibilidad y la disponibilidad de las materias primas necesarias limitan notablemente su potencial.
Por otro lado, la demanda de energía futura y la reducción de los efectos medioambientales producidos por los combustibles fósiles parece que obligan a que la situación no se encamine sólo hacia el uso de un único combustible como alternativa. De hecho, en referencia a los combustibles alternativos para el transporte y en la sala de prensa de la UE, se afirma que existe un acuerdo generalizado de que todos los combustibles sostenibles serán necesarios para satisfacer la demanda esperada.
En línea con esto, y según el informe del Grupo de Expertos sobre el futuro combustible o combustibles para el transporte, los combustibles que se han convertido en la principal alternativa para su uso en el transporte son los siguientes:
• Electricidad / hidrógeno y los biocombustibles (líquidos) como las principales opciones.
• Los combustibles sintéticos como puente tecnológico entre los combustibles fósiles y los combustibles basados en biomasa.
• El metano (gas natural y el biometano) como combustible complementario.
• Gas Licuado de Petróleo (GLP) como suplemento.
Como acabamos de ver, gracias a los sistemas de transporte limpio, la UE tiene el objetivo de que a largo plazo se pueda lograr que el transporte europeo reduzca drásticamente las emisiones de CO2 hasta llegar a una disminución del 80-95% de éstas en el año 2050. Esto implica que la demanda energética actual se vea satisfecha, en su práctica totalidad, por fuentes energéticas alternativas y sostenibles.
Este planteamiento político se basa en el hecho de que las previsiones actuales acerca de la viabilidad del petróleo (la principal fuente de energía para el transporte en general y el suministro de casi el 100% de los combustibles de transporte por carretera) como fuente energética, hablan de que las reservas existentes se verán agotadas alrededor del año 2050. De ahí que sea imprescindible para cualquier región buscar mecanismos de sustitución del petróleo.
A su vez, la protección del medio ambiente y el intento de minimizar las posibles consecuencias negativas del cambio climático, así como la seguridad del abastecimiento energético, obligan a las autoridades competentes en materia energética a potenciar la construcción de artefactos que generen energía limpia, renovable y sostenible, liberando así al transporte de la dependencia de los combustibles fósiles y reduciendo también las emisiones de CO2 en el horizonte temporal de 2050.
Combustibles futuros
Actualmente es difícil saber si los científicos lograrán desarrollar un combustible que sea la solución para cualquier tipo de transporte. En este sentido lo más cercano a este artefacto único son los biocombustibles líquidos y los combustibles sintéticos. No obstante, la sostenibilidad y la disponibilidad de las materias primas necesarias limitan notablemente su potencial.
Por otro lado, la demanda de energía futura y la reducción de los efectos medioambientales producidos por los combustibles fósiles parece que obligan a que la situación no se encamine sólo hacia el uso de un único combustible como alternativa. De hecho, en referencia a los combustibles alternativos para el transporte y en la sala de prensa de la UE, se afirma que existe un acuerdo generalizado de que todos los combustibles sostenibles serán necesarios para satisfacer la demanda esperada.
En línea con esto, y según el informe del Grupo de Expertos sobre el futuro combustible o combustibles para el transporte, los combustibles que se han convertido en la principal alternativa para su uso en el transporte son los siguientes:
• Electricidad / hidrógeno y los biocombustibles (líquidos) como las principales opciones.
• Los combustibles sintéticos como puente tecnológico entre los combustibles fósiles y los combustibles basados en biomasa.
• El metano (gas natural y el biometano) como combustible complementario.
• Gas Licuado de Petróleo (GLP) como suplemento.
Tendencias energéticas. Fuente: Future Transport Fuels
Posibilidades de las distintas nuevas energías
1. La electricidad y las soluciones de hidrógeno
Tanto la electricidad como el hidrógeno son las posibilidades que permiten obtener, en cierto modo, una energía universal y que, además, puede ser producida a partir de todas las fuentes de energía primaria. En ambos casos, todo parece indicar que, en principio, la obtención de energía de dichas fuentes se logra sin emitir CO2 a la atmósfera (aunque esto depende de la mezcla de energía para la producción).
Estas posibilidades energéticas tienen aplicación, como es bien sabido, en los motores eléctricos de propulsión y la energía necesaria puede ser suministrada a través de tres vías principales:
Baterías eléctricas: Estas almacenan la electricidad de la red en baterías que son usadas paulatinamente a medida que se vayan necesitando. El problema de este sistema es que su aplicación se limita a la gama de transporte por carretera y con un corto espacio.
Las pilas de combustible alimentadas por hidrógeno: Se supone que el hidrógeno puede ser producido de forma rentable tanto en pequeña y gran escala de la producción centralizada y descentralizada. El uso del hidrógeno en una celda de combustible con un motor eléctrico es una alternativa complementaria para el almacenamiento de la electricidad en baterías. De este modo se proporcionaría un mayor alcance y una recarga más rápido en comparación con el almacenamiento de la electricidad en las baterías. A largo plazo, puede ser también posible el uso de hidrógeno para alimentar motores de combustión interna, ya sea directa o mezclado con gas natural (hasta un 30%).
Línea aérea / Tercer carril: Tranvía, metro, trenes y autobuses eléctricos podrían ser empleados tomando la electricidad directamente de la red sin necesidad de un almacenamiento intermedio.
En lo relativo al sector de la navegación aérea, la electricidad podría tener utilidad en el ámbito de la terminal aeroportuaria. De hecho, buena parte del transporte terrestre de pasajeros y mercancías podrían ser impulsados por motores eléctricos o de hidrógeno. Como es obvio, y pese a los avances obtenidos hasta ahora, tanto la energía eléctrica como la del hidrógeno no parecen que tengan un hueco a corto plazo en el transporte aéreo.
2. Biocombustibles
Los biocombustibles técnicamente podría sustituir el petróleo en todos los sistemas de transporte, utilizando las tecnologías existentes. Estos nuevos combustibles pueden ser, fundamentalmente, de primera y segunda generación. Los de primera generación se basan en cultivos tradicionales y en grasas animales, mientras que los de segunda generación se producen a partir de materias primas lignocelulósicas y residuos. En el primer caso, la producción de biocombustibles compite con el uso de cultivos para la alimentación, limitando su disponibilidad. Los de segunda generación sólo tienen limitación en función de la cantidad de materia prima que pueda desarrollarse y, en algún caso como el de Jatropha, con la disponibilidad de tierras.
El desarrollo del potencial de materia prima y los procesos de producción optimizado es la más alta prioridad. Según el informe, un marco político de apoyo a nivel de la UE y las normas armonizadas para los biocarburantes en la UE, son elementos clave para la adopción futura de biocombustibles como opción energética sostenible.
Las enormes posibilidades que ofrecen este tipo de combustibles hacen que sean una de las opciones más viables para la navegación aérea. De hecho, como expusimos en esta revista en otra ocasión, los biocombustibles de segunda generación obtenidos a partir de microalgas se están consolidando como una fuerte alternativa para su uso en el transporte aéreo.
3. Combustibles sintéticos
Los combustibles sintéticos, sustitutos del diesel y del combustible de aviación, puede producirse a partir de diferentes materias primas: convirtiendo biomasa, carbón o gas a una sustancia líquida. Tanto los aceites vegetales hidrotratados (HVO) como el Di-metil éter (DME) tienen una naturaleza semejante a los combustibles convencionales lo que hace que las modificaciones que haya que realizar a los motores sean moderadas. Esto incrementa las posibilidades reales de utilización.
Además, los combustibles sintéticos pueden ser distribuidos, almacenados y utilizados con la infraestructura existente y vigente para los motores de combustión interna. De este modo, ofrecen una opción no-perjudicial para sustituir a los combustibles derivados del petróleo. En este sentido, el informe al que nos estamos refiriendo expone que un tipo de combustible sintético, el GTL, ha sido testado en el transporte aéreo por Shell, Airbus y el ejército de los Estados Unidos de América.
El desarrollo de las plantas a escala industrial para la producción de combustibles sintéticos derivados de la biomasa es una prioridad clave, mientras que los esfuerzos deben continuar para mejorar las emisiones de CO2 de equilibrio.
4. Metano y GLP
Existen otras dos posibilidades energéticas más, pero su uso para la navegación aérea de manera exclusiva es tan improbable que simplemente haremos mención de ellos. Por un lado nos encontramos con el metano que puede obtenerse a partir de gas natural de fósiles o de biomasa y residuos, tales como biometano. Por el otro estaría el gas licuado del petróleo que pese a ser, actualmente, el combustible alternativo más utilizado en Europa, su uso exclusivo para impulsar aviones no parece que tenga gran viabilidad aunque sí es utilizado como componente de la mezcla.
Nuevos combustibles y aviación
Sin ninguna duda, la aviación es uno de los sectores del transporte con mayores limitaciones de capacidad de carga. Esto hace que las necesidades de combustibles con alta densidad sean mayores, ya que éstos producen una mayor cantidad de energía necesitando un menor espacio. Por ello, la navegación aérea sigue dependiendo de los combustibles provenientes de hidrocarburos líquidos.
Además, debido al ambiente al que se ve sometido el combustible durante el vuelo, éste también ha de presentar unas propiedades de flujo en frío muy buenas. De tal manera que, por razones de seguridad y confianza, los combustibles empleados en aviación tienen que presentar unas especificaciones muy estrictas referidas, en particular, a la densidad, al punto de congelación y a la estabilidad térmica. Por otro lado, también debe ser compatible con los materiales utilizados en los aparatos y sistemas de combustible del motor.
En el año 2009, el queroseno parafínico sintético producido a través del proceso Fischer-Tropsch (FT-SPK) con carbón (CTL), gas natural (GTL) o biomasa (BTL) fue aprobado para su uso en aplicaciones civiles para mezclar hasta un 50% con el combustible para aviones convencionales. Hoy en día, CTL y GTL se encuentran introducidos en el sector mientras que BTL está cerca del nivel de demostración.
El queroseno parafínico sintético también puede ser producido a partir de aceites vegetales o grasas animales a través de hidro-tratamiento (Bio-SPK o HVO o HRJ). Esta segunda vía se encuentra actualmente en el proceso de aprobación también para mezclar hasta un 50% con el combustible para aviones convencionales. En este sentido, y aunque técnicamente es posible afirmar que están bastante desarrollados, se encuentra todavía en una fase temprana de comercialización. No obstante, el uso de queroseno totalmente sintético obtenido bien a través del sistema Fischer-Tropsch, bien obtenido a partir de hidrotratamiento se prevé que sea viable en un futuro próximo.
Pese a su desarrollo silencioso, ambos procesos se prevé que generen los combustibles con el mayor potencial de reducción significativa del efecto invernadero en este sector del transporte. Es posible que otros combustibles alternativos aparezcan como alternativa comercial para la aviación pero para que puedan tener un impacto real en el 2050 tendrán que ser compatibles con los motores existentes, con el fuselaje y con los sistemas de suministro de combustible y las infraestructuras. Esto limita mucho las posibilidades.
A más largo plazo, tanto el hidrógeno como otras alternativas podrían ofrecer una posibilidad potencial si su éxito se demuestra que tiene una ventaja significativa en el medio ambiente y económico que supere los gastos necesarios para adaptar las aeronaves y las infraestructuras.
Descárgate el informe europeo
1. La electricidad y las soluciones de hidrógeno
Tanto la electricidad como el hidrógeno son las posibilidades que permiten obtener, en cierto modo, una energía universal y que, además, puede ser producida a partir de todas las fuentes de energía primaria. En ambos casos, todo parece indicar que, en principio, la obtención de energía de dichas fuentes se logra sin emitir CO2 a la atmósfera (aunque esto depende de la mezcla de energía para la producción).
Estas posibilidades energéticas tienen aplicación, como es bien sabido, en los motores eléctricos de propulsión y la energía necesaria puede ser suministrada a través de tres vías principales:
Baterías eléctricas: Estas almacenan la electricidad de la red en baterías que son usadas paulatinamente a medida que se vayan necesitando. El problema de este sistema es que su aplicación se limita a la gama de transporte por carretera y con un corto espacio.
Las pilas de combustible alimentadas por hidrógeno: Se supone que el hidrógeno puede ser producido de forma rentable tanto en pequeña y gran escala de la producción centralizada y descentralizada. El uso del hidrógeno en una celda de combustible con un motor eléctrico es una alternativa complementaria para el almacenamiento de la electricidad en baterías. De este modo se proporcionaría un mayor alcance y una recarga más rápido en comparación con el almacenamiento de la electricidad en las baterías. A largo plazo, puede ser también posible el uso de hidrógeno para alimentar motores de combustión interna, ya sea directa o mezclado con gas natural (hasta un 30%).
Línea aérea / Tercer carril: Tranvía, metro, trenes y autobuses eléctricos podrían ser empleados tomando la electricidad directamente de la red sin necesidad de un almacenamiento intermedio.
En lo relativo al sector de la navegación aérea, la electricidad podría tener utilidad en el ámbito de la terminal aeroportuaria. De hecho, buena parte del transporte terrestre de pasajeros y mercancías podrían ser impulsados por motores eléctricos o de hidrógeno. Como es obvio, y pese a los avances obtenidos hasta ahora, tanto la energía eléctrica como la del hidrógeno no parecen que tengan un hueco a corto plazo en el transporte aéreo.
2. Biocombustibles
Los biocombustibles técnicamente podría sustituir el petróleo en todos los sistemas de transporte, utilizando las tecnologías existentes. Estos nuevos combustibles pueden ser, fundamentalmente, de primera y segunda generación. Los de primera generación se basan en cultivos tradicionales y en grasas animales, mientras que los de segunda generación se producen a partir de materias primas lignocelulósicas y residuos. En el primer caso, la producción de biocombustibles compite con el uso de cultivos para la alimentación, limitando su disponibilidad. Los de segunda generación sólo tienen limitación en función de la cantidad de materia prima que pueda desarrollarse y, en algún caso como el de Jatropha, con la disponibilidad de tierras.
El desarrollo del potencial de materia prima y los procesos de producción optimizado es la más alta prioridad. Según el informe, un marco político de apoyo a nivel de la UE y las normas armonizadas para los biocarburantes en la UE, son elementos clave para la adopción futura de biocombustibles como opción energética sostenible.
Las enormes posibilidades que ofrecen este tipo de combustibles hacen que sean una de las opciones más viables para la navegación aérea. De hecho, como expusimos en esta revista en otra ocasión, los biocombustibles de segunda generación obtenidos a partir de microalgas se están consolidando como una fuerte alternativa para su uso en el transporte aéreo.
3. Combustibles sintéticos
Los combustibles sintéticos, sustitutos del diesel y del combustible de aviación, puede producirse a partir de diferentes materias primas: convirtiendo biomasa, carbón o gas a una sustancia líquida. Tanto los aceites vegetales hidrotratados (HVO) como el Di-metil éter (DME) tienen una naturaleza semejante a los combustibles convencionales lo que hace que las modificaciones que haya que realizar a los motores sean moderadas. Esto incrementa las posibilidades reales de utilización.
Además, los combustibles sintéticos pueden ser distribuidos, almacenados y utilizados con la infraestructura existente y vigente para los motores de combustión interna. De este modo, ofrecen una opción no-perjudicial para sustituir a los combustibles derivados del petróleo. En este sentido, el informe al que nos estamos refiriendo expone que un tipo de combustible sintético, el GTL, ha sido testado en el transporte aéreo por Shell, Airbus y el ejército de los Estados Unidos de América.
El desarrollo de las plantas a escala industrial para la producción de combustibles sintéticos derivados de la biomasa es una prioridad clave, mientras que los esfuerzos deben continuar para mejorar las emisiones de CO2 de equilibrio.
4. Metano y GLP
Existen otras dos posibilidades energéticas más, pero su uso para la navegación aérea de manera exclusiva es tan improbable que simplemente haremos mención de ellos. Por un lado nos encontramos con el metano que puede obtenerse a partir de gas natural de fósiles o de biomasa y residuos, tales como biometano. Por el otro estaría el gas licuado del petróleo que pese a ser, actualmente, el combustible alternativo más utilizado en Europa, su uso exclusivo para impulsar aviones no parece que tenga gran viabilidad aunque sí es utilizado como componente de la mezcla.
Nuevos combustibles y aviación
Sin ninguna duda, la aviación es uno de los sectores del transporte con mayores limitaciones de capacidad de carga. Esto hace que las necesidades de combustibles con alta densidad sean mayores, ya que éstos producen una mayor cantidad de energía necesitando un menor espacio. Por ello, la navegación aérea sigue dependiendo de los combustibles provenientes de hidrocarburos líquidos.
Además, debido al ambiente al que se ve sometido el combustible durante el vuelo, éste también ha de presentar unas propiedades de flujo en frío muy buenas. De tal manera que, por razones de seguridad y confianza, los combustibles empleados en aviación tienen que presentar unas especificaciones muy estrictas referidas, en particular, a la densidad, al punto de congelación y a la estabilidad térmica. Por otro lado, también debe ser compatible con los materiales utilizados en los aparatos y sistemas de combustible del motor.
En el año 2009, el queroseno parafínico sintético producido a través del proceso Fischer-Tropsch (FT-SPK) con carbón (CTL), gas natural (GTL) o biomasa (BTL) fue aprobado para su uso en aplicaciones civiles para mezclar hasta un 50% con el combustible para aviones convencionales. Hoy en día, CTL y GTL se encuentran introducidos en el sector mientras que BTL está cerca del nivel de demostración.
El queroseno parafínico sintético también puede ser producido a partir de aceites vegetales o grasas animales a través de hidro-tratamiento (Bio-SPK o HVO o HRJ). Esta segunda vía se encuentra actualmente en el proceso de aprobación también para mezclar hasta un 50% con el combustible para aviones convencionales. En este sentido, y aunque técnicamente es posible afirmar que están bastante desarrollados, se encuentra todavía en una fase temprana de comercialización. No obstante, el uso de queroseno totalmente sintético obtenido bien a través del sistema Fischer-Tropsch, bien obtenido a partir de hidrotratamiento se prevé que sea viable en un futuro próximo.
Pese a su desarrollo silencioso, ambos procesos se prevé que generen los combustibles con el mayor potencial de reducción significativa del efecto invernadero en este sector del transporte. Es posible que otros combustibles alternativos aparezcan como alternativa comercial para la aviación pero para que puedan tener un impacto real en el 2050 tendrán que ser compatibles con los motores existentes, con el fuselaje y con los sistemas de suministro de combustible y las infraestructuras. Esto limita mucho las posibilidades.
A más largo plazo, tanto el hidrógeno como otras alternativas podrían ofrecer una posibilidad potencial si su éxito se demuestra que tiene una ventaja significativa en el medio ambiente y económico que supere los gastos necesarios para adaptar las aeronaves y las infraestructuras.
Descárgate el informe europeo